Fabricaron de Productos Plásticos por Inyección y Soplado
Introducción
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La tecnología de la transformación o procesado de polímeros tiene como finalidad obtener objetos y piezas de formas predeterminadas y estables, cuyo comportamiento sea adecuado a las aplicaciones a las que están destinados.
Una de las características más destacadas de los materiales plásticos es la gran facilidad y economía con la que pueden ser procesados a partir de unas materias primas convenientemente preparadas, a las que se les han añadido los pigmentos, cargas y aditivos necesarios para cada aplicación. En algunos casos pueden producirse artículos semi-acabados como planchas y barras y posteriormente obtener la forma deseada usando métodos convencionales tales como mecanizado mediante máquinas herramientas y soldadura.
Sin embargo, en la mayoría de los casos el producto final, que puede ser bastante complejo en su forma, se obtiene en una sola operación, con muy poco desperdicio de material, como por ejemplo la fabricación de tubería por extrusión (proceso continuo) o la fabricación de teléfonos por moldeo por inyección (ciclo repetitivo de etapas).
Los polímeros termoplásticos suelen trabajarse previamente fundidos o reblandecidos por efecto simultáneo de la aplicación de calor, presión y esfuerzos de cizalla.
Procesado de polímeros
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Los polímeros pueden ser procesados por una variedad de procesos. a continuación expondré el utilizado en mi formación.
Moldeo Por Soplado
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El moldeo por soplado es una tecnología del vidrio aplicada a los plásticos. En este proceso, soplamos aire a través de una preforma tubular en caliente, y ésta se adapta a un molde o se modela de manera artesanal. En ingeniería, lo más común es usar el sistema de molde metálico donde se introduce la preforma y se sopla aire. Es muy usado para fabricar objetos huecos, como botellas. Las piezas producidas por soplado presentan numerosas ventajas:
- ligereza,
- piezas sin puntas o intersticios,
- aislamiento,
- posibilidad obtener piezas con pared simple o doble,
- el moldeo por extrusión y soplado es un proceso de baja presión (de 1,72 bar hasta 10,34 bar). Esto permite tener plantas de procesado más económicas, manteniendo la misma calidad,
- los moldes de soplado son más baratos. Se puede hacer un moldeo por soplado a partir de un proceso de extrusión o de inyección del polímero fundido.
Es un proceso semicontinuo que incluye dos pasos:
- Primero, por una extrusión del polímero fundido obtenemos una preforma cilíndrica tubular, al hacerlo pasar por un dado que le confiere esta forma. Se obtiene lo que se denomina párison.
- Por último, se insufla aire hasta obtener la forma final del producto, en este caso, una botella.
En el siguiente VIDEO se puede observar perfectamente el proceso llevado a cabo. Al principio, tenemos el polímero fundido, y lo extruimos, haciéndolo pasar a través de un dado para conferirle su forma tubular, capturado por un obturador para impedir su movimiento. A esta preforma tubular se le denomina párison. En el siguiente paso, el obturador ubica el párison dentro del molde de metal, que posteriormente se cierra para dejar al párison en su interior, y teniendo como único contacto al exterior, la boca donde insuflaremos el aire. Después, soplamos el aire a través del conducto destinado a tal propósito, inflando el tubo hasta que adquiere totalmente la forma del negativo del molde. Por último, cuando el polímero se enfríe, abriremos el molde y expulsamos la pieza, obteniendo el producto final deseado.
Este sistema de conformado es muy parecido al anterior, con la salvedad que ahora no necesitamos del dado que le confería la forma por extrusión, ni un obturador para sujetar la zona de inyección, sino que ahora, el polímero se inyecta en un molde para la preforma, y el espaciado interior se consigue con un mandril. Esta técnica sólo emplea termoplásticos y su uso se extiende principalmente a envases y objetos huecos, como en el caso anterior, como son botellas de refrescos. Como se puede apreciar, se emplea una máquina de extrusión combinada con un molde.
Los pasos del proceso son los siguientes VER VIDEO . En primer lugar, con el polímero fundido, lo inyectamos en un molde con un mandril en su interior, encargado de hacerle el agujero central a la preforma de tubo. Se observa que el material inyectado llega hasta el final del molde, con una forma determinada, que corresponderá con la forma de la rosca del tapón. Luego, se deja enfriar y se van acumulando para su posterior tratamiento. Una vez tenemos la preforma fría, la introduciremos en otro molde, agarrando la zona de la rosca del tapón con el mismo y dejándolo sujeto. Hay que tener en cuenta que el mandril interior es hueco en su interior y se deja permanentemente en la preforma fria. Este nuevo molde tiene su superficie caliente, lo que hace que de nuevo, el polímero vuelva a ser conformado con facilidad, ya que se encuentra a la temperatura de reblandecimeinto, salvo la zona del cuello, que permanece sólida y rígida en todo momento del proceso. Al insuflarle aire obtenemos la forma final y tras el enfriamiento, retiramos el mandril.
Ventajas de este proceso:
- Las preformas se pueden inyectar y almacenar, por lo que podemos guardarlas para realizar el soplado más tarde.
- Las preformas son estables y pueden ser sopladas a velocidad alta según la demanda requerida. Por eso, el proceso de inyección y soplado se usa para la producción de objetos de plástico en grandes cantidades.
- El proceso de inyección y soplado ofrece mejor control sobre el peso y grosor de las paredes del componente terminado, también mejora la precisión sobre áreas no sopladas como el cuello.
El uso de preformas es muy común en la fabricación de botellas de PET como las utilizadas en los refrescos.
Moldeado de Polímeros Por Inyección
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Es un proceso de conformado consistente en calentar un polímero e introducirlo en un molde mediante altas presiones. Puede producir piezas de diversos tamaños y gran complejidad. La complejidad y tamaño de la pieza moldeada se refleja en un mayor volúmen y coste de los equipos.
Este proceso es adecuado para los termoplásticos y para gran número de termoendurecibles. Sus aplicaciones se reflejan en gran cantidad de artículos cotidianos: aparatos electrónicos, calzado, bolígrafos, cepillos, piezas de automóvil...
Entre otras ventajas, destacan los altos índices de productividad y automatización con posibilidad de piezas pequeñas de tolerancias estrechas, sin necesidad de una operación adicional de acabado superficial y la posibilidad de reutilización de los desechos termoplásticos.
En el siguiente video VER VIDEO se puede ver esquemáticamente la inyección del polímero dentro del molde.
PROCESO Y EQUIPO:
El proceso se produce de la siguiente manera:
- Una tolva alimenta de manera regular la unidad inyectora con granza de plástico.
- La granza se calienta y funde en el cilindro y es empujada hacia adelante por la propia hélice del husillo.
- Finalmente, el husillo se desplaza e inyecta el plástico fundido hacia el molde a gran presión.
Dependiendo de que el propio husillo actúe o no de émbolo, la máquina se llama de “husillo reciprocante” o de “dos etapas”, respectivamente. Una vez la granza se ha fluidificado en el recorrido por el husillo, el plástico se solidifica muy rápidamente, por lo que se precisa una gran presión de llenado para homogeneizar.
- El husillo gira en sentido contrario y retrocede, mientras la pieza es expulsada tras abrir el molde.
- La tolva ha seguido alimentando el hueco entre el husillo y el cilindro, con lo tiene material para el siguiente ciclo de llenado.
Moldeo:
Los moldes constituyen la parte más importante de una máquina de inyección, dada su complejidad. Lo fabrican especialistas en moldes y permite fabricar la pieza cuando se desee. Generalmente, es propiedad del que realiza el pedido de piezas.
En la siguiente figura se muestra el esquema de un molde de 2 placas. En él, una mitad está sujeta a la placa estacionaria y a la otra a la móvil de la unidad de sujeción. El molde es atravesado por canales de agua para enfriar la pieza. Al cerrarse el molde se produce el llenado del mismo con plástico fundido a presión y al enfriarse (generalmente se requiere refrigeración) la pieza solidificada es expulsada mediante pernos eyectores cuando se abre el molde. Estos pernos poseen pequeños conductos para evacuar, al mismo tiempo, el aire del molde.
La figura mostrada a continuación muestra esquema de un molde de 3 placas en la posición de cerrado y abierto. Este diseño posee algunas ventajas respecto al anterior:
- El flujo del plástico pasa a través de una puerta situada en la base de las piezas (si entra por un lateral se puede producir un "defecto de soldadura").
- Al abrirse y dejar dos aberturas, por una de ellas cae el bebedero y los alimentadores, mientras que por la otra las piezas (se evita una operación posterior para separar de la pieza los alimentadores y el bebedero).
Es la encargada de abrir y cerrar el molde, aplicando la fuerza necesaria. Esta fuerza es una de las características que definen la capacidad de una máquina de inyección, pudiendo encontrarse máquinas con "fuerza de cierre" desde varias decenas a miles de kN. Pueden ser de tres tipos: articuladas, hidráulicas e hidromecánicas (una combinación de las anteriores). Se muestran en la siguiente figura.
- Articuladas (para carga de cierre hasta 1500 kN). Al principio del cierre la carga es baja y la velocidad alta. Hacia el final del recorrido de cierre, la situación se invierte.
- Hidráulicas (para carga de cierre de 1500 a 10 000 kN). Eliminan las uniones mecánicas, pero requiere cilindros hidráulicos grandes. Se usa en máquinas de mayor capacidad de cierre.
Defectos e inconvenientes:
Algunos defectos comunes en los procesos de moldeo por inyección son los siguientes:
- El problema más común, y que aparece en todos los procesos de enfriamiento de polímeros, es la contracción. Algunos termoplásticos experimentan contracciones de hasta un 10% dentro del molde. Esto es previsible para cada material, luego las dimensiones del molde serán algo mayores que la pieza final, y, si es posible, se añadirá alguna carga de relleno para contrarrestar esto.
- Llenado deficiente. La pieza solidifica antes de llenar por completo la cavidad. Se soluciona aumentando temperatura o presión, o bien empleando una máquina mayor.
- Rebaba. La fusión del polímero se mete en las paredes de separación del molde, debido a dosis altas de material, temperaturas elevadas, presiones excesivas, orificios de ventilación y juegos grandes.
- Marcas hundidas y huecos. Sobre todo en secciones gruesas, a causa de la solidificación y contracción de la superficie antes que el interior. Se puede solucionar usando secciones más delgadas y espesores uniformes.
- Líneas soldadas. Aparecen al fluir el polímero alrededor de un corazón y encontrarse los flujos en otro punto. Pueden tener características mecánicas inferiores. Se puede evitar mediante temperaturas y presiones altas, puertas alternas y mejor ventilación.
- Gran coste para producciones de series cortas.
- Es un proceso de precisión. Por tanto, un diseño defectuoso puede dar al traste con una serie grande de piezas, o producir un volumen de desecho inaceptable.
Bibliografía:
